活体细胞内双光子激发的光漂白特性

长波长光的强穿透能力和对活体细胞和生物组织光毒性很小的特性,使得双光子激发荧光显微术已经成为无损伤成像的重要工具.可是双光子激发的高光子密度可能会产生高次光子相互作用, 从而产生更快的光漂白.从实验上研究了离体和活体细胞内的若丹明123和若丹明B分别在单光子激发和双光子激发时的光漂白特性.在体的实验结果与离体的实验结果一致.正如期望的一样,单光子激发时光漂白速率非常近似地随着激发功率的增加而线性增加.可是,双光子激发时的光漂白速率并不是正比于激发功率的平方,而是正比于激发功率的高次方（＞3.5）.对绿色荧光蛋白（GFP）变异体CFP和YFP的实验也得到同样的结果,这就表明高次光漂白可能是双（多）光子激发中的普遍现象.因此多光子的应用可能会受到强光漂白的限制.     

近红外发光卟啉镱-铂配合物的合成及其光物理性质研究

稀土发光材料相比于传统有机荧光染料在生物成像、分子检测和传感等领域具有独特的优势。目前,稀土发光生物探针主要以可见光发射为主,此类探针受限于组织穿透深度,应用范围较窄。具有较大组织穿透能力的近红外(NIR)稀土发光生物探针,由于其发光效率较低而少有报到。本工作合成了一种新型近红外发光的卟啉镱-铂配合物,TFPYb-Pt,表征并测试了该配合物的光物理性质。实验证实TFPYb-Pt具有较大的NIR发光效率(980/1 030 nm,Фem=0.37)和较长的NIR发光寿命(τ=49μs),表明该配合物可望被用于开发新型生物NIR发光探针。     

记新一代微型化高分辨率双光子显微镜的诞生——程和平院士专访

正在生物医学领域,成像技术是最重要的技术手段之一,它让研究者能够观察到组织和细胞内正在发生的过程,为各项研究提供直接而确切的证据.传统的单光子荧光显微镜用单个光子将荧光分子激发到激发态,进而产生可被观测的荧光,而发明于1990年的双光子显微镜则是用两个光子来激发同一个荧光分子.与单光子显微镜相比,它所使用的激光波长更长(单个光子的能量更小),具备更高的组织穿透性和更小的光毒性.此外,双光子的激发能力与能     

可用于双色双光子显微成像的新的荧光蛋白对

双色双光子激光扫描显微技术可以用来研究生物组织内两种不同蛋白质的表达、定位和示踪．由于大多数双光子显微镜一次只能提供一种波长的激发光,双色同时成像较难实现．mAmetrine和mKate2作为新发现的荧光蛋白对可以用于双光子双色同时成像,这得益于它们各自的优势：mAmetrine的斯托克斯位移和mKate2的高亮度．在765nm的波长激发时,它们的双光子吸收效率都很高．mAmetrine和mKate2能够很好地用于双色双光子活细胞成像实验．     

双光子显微镜在生物医学中的应用及其进展

光学显微镜的发展历史是一段不断提高显微镜的分辨率和对比度的历史。双光子显微镜是近30年来非线性显微镜的研究发展的代表。它在分辨率上与共聚焦显微镜相当,但在成像的层析穿透深度上有显著提高,并且大大减少了光毒性与光漂白。由于生物细胞组织中富有各种自家荧光源,因此双光子显微镜被广泛应用于皮肤组织甚至癌组织以及细胞的成像。基于共聚焦扫描显微镜的双光子显微镜可以很容易的与二次谐波显微镜组合,对皮肤组织中的重要成分胶原纤维进行成像。双光子显微镜还可以结合其他非线性光学现象对组织以及细胞进行成像,显示其强大的生命力。将来随着携带方便且廉价的双光子显微镜的出现,双光子显微镜有望在临床医学上发挥其有效的作用。     

光生物学与光医学中的新技术及其应用

近几年内,光子生物学与光子医学发展非常快,本文主要从四个方面介绍了近期内在光子生物学与光子医学领城内取得的重要进展：(1)双光子技术,可检测胚胎活组织、确定生物的非损伤激发光阈值、对人体肌纤维进行三维成像;(2)光镊技术,用于研究细胞的应变能力、细胞膜的弹性、跟踪并描述单个分子之间的结合以及操纵DNA分子;(3)光学探针技术,检测疾病、研究构象变化;(4)光学成像技术,主要集中介绍对肌动蛋白的成像方面。     

综述——新型纳米生物材料的研发：稀土上转换荧光纳米材料的制备与生物应用

近几年,稀土上转换荧光纳米材料作为新型的荧光探针受到研究者的广泛关注,其优势在于光化学稳定性好、发射谱带窄、荧光寿命长、Stokes位移大等．同时,它利用近红外激光器作为激发光源,组织穿透能力好、对生物组织的损伤小、几乎没有背景荧光,使其应用于生物活体荧光成像成为可能．本文主要综述了最近稀土上转换荧光纳米材料在制备与生物应用方面的研究进展．     

有机荧光团及荧光标记细胞的阴极荧光成像研究

目的 阴极荧光（CL）成像是一种以电子束为激发源的高分辨荧光成像技术,但生物材料对电子束的敏感性限制了CL技术在生命科学中的广泛应用。为了研究和发展CL技术在生物样品中的应用,本文旨在通过探究电子辐照引起碳基材料的结构损伤、有机基团的降解及荧光猝灭等问题,深入理解电子源对有机荧光团的激发特性。方法 本研究应用扫描电镜（SEM）和阴极荧光谱仪系统（SEM-CL）,研究电子源对有机荧光团及荧光探针标记细胞的激发特性,观测了有机物的CL信号的发射特性、强度衰减、成像方式及特点。结果 实验结果显示,在低能量（2.5～5 keV）和低束流（～10 pA）电子辐照下,有机荧光微珠发射出较强的荧光,CL像分辨率达到～30 nm。荧光微珠经过12 min辐照,信号强度衰减了25%,CL像仍保持了可接受的发光强度和足够的信噪比。此外,还获得了从细胞表面到内部一定深度内,荧光标记的亚细胞结构信息。结论 在SEM-CL系统中,可以同时获得由电子束激发产生的电子像和CL像,实现阴极荧光与电子显微镜关联（CCLEM）成像。本实验的研究结果为CCLEM技术应用于生物结构研究提供了数据及技术支持。     

基于光谱编码的血管内光声组分成像

光声成像突破了传统的光学成像和超声成像在生物组织成像领域的困境,该技术基于光声(Photoacoustic,PA)效应,脉冲激光激励下的生物组织产生超声信号,超声信号被接收后,通过反投影算法将其携带的时间信息和强度信息转化为能够反映生物组织吸收结构和分布的可视化图像。基于不同生物组织的光吸收差异,当激发光强度均匀且稳定时,光声成像反映的就是该物质对于该波长光的吸收特性。本文中,我们基于导管式的血管内光声断层扫描平台结合多波长激发的光声成像算法开发了基于光谱编码的血管内光声组分成像系统,实现了在离体血管斑块中脂质组分的定量成像,高分辨获得了脂质核心的大小形态和边界信息,表征了斑块内的脂质相对含量。     

上转换发光成像技术与靶向成像应用

上转换发光是指稀土离子吸收两个或两个以上低能光子(近红外光)而辐射一个高能光子(可见光)的发光现象。与传统紫外激发相比,上转换发光由于采用近红外光激发而具有高的组织穿透深度、弱的生物样品损伤且无生物样品自发荧光,这些优点表明上转换发光在生物成像方面具有广阔的应用前景。文章介绍了基于稀土上转换发光过程的显微成像技术和活体成像技术,及其在肿瘤靶向成像领域的应用。     

生物组织背向SHG和TPEF的影响因素

由于生物组织的复杂性和多样性,以及样品制备等因素的影响,实验观察到的生物组织的背向二次谐波(second harmonic generation,SHG)和双光子激发荧光(two-photon excitation fluorescence,TPEF)效应的差异较大。以鼠尾组织作为实验对象,共40个切片,分为横向和纵向、HE染色和未染色四组,采用飞秒激光器作为激发光,用双光子激光扫描共焦显微镜(two-photon laser scanning confocal microscope,TPLSCM)观察和分析了样品在不同的制备方式、激发波长、激发功率、扫描深度等条件下的背向SHG和TPEF的变化曲线,讨论和比较了生物组织的背向SHG和TPEF的影响因素以及二者之间的异同,并尝试对实验现象做出了一定的解释。     

有机荧光探针辅助的近红外荧光成像技术在宫颈癌中的应用

荧光成像已被广泛应用于生物医学和临床诊断领域。近红外(Near-infrared,NIR,700–1 700nm)荧光成像在NIR波段对生物组织显影,与可见光波段(400–760 nm)的传统荧光成像相比,更有助于提高成像的信噪比和灵敏度。高质量的荧光成像需要借助良好的荧光探针,纳米技术的快速发展使具备良好荧光特性的有机染料不断涌现。与无机荧光探针相比,有机荧光探针具有安全性高、生物相容性好、光学稳定性强等优点。因此有机荧光探针辅助的NIR荧光成像可为研究者提供生物样品的结构和动态信息,是当前光学、化学、生物医学等多学科交叉研究领域的热点。文中结合近年来有机荧光探针在宫颈癌成像应用中的研究,概述了几种典型的有机荧光探针辅助NIR荧光成像在宫颈癌中的应用,如吲哚青绿、七甲川菁染料、罗丹明类荧光探针和聚合物荧光纳米颗粒,并对其发展前景和应用价值进行了展望。     

上转换纳米颗粒在肿瘤诊断与治疗中的研究进展

上转换纳米颗粒具备光学/化学稳定性高、生物毒性低、荧光寿命长及激发光生物组织穿透深度较大等显著优点,近年来在生物传感、生物成像和疾病治疗等生物医学领域的研究和应用获得了广泛的关注。本文中,笔者就稀土元素掺杂的上转换纳米颗粒在肿瘤的诊断与治疗方面的研究现状及进展进行综合概述,主要对其在光动力疗法(PDT)、光热疗法(PPT)、化学联合疗法及多模态诊疗一体化等方面的研究展开分析和讨论,为上转换纳米颗粒的进一步研究开发及临床应用提供新的参考方向及思路。     

上转换纳米材料在生物应用中的研究进展

上转换发光纳米材料(UCNPs)具有荧光寿命长、潜在生物毒性低、穿透深度大、对生物组织损伤小且几乎没有背景光等显著优点,近年来,在光动力治疗(PDT)、生物成像及生物检测等领域已经得到广泛应用.但在应用的过程中存在一些缺陷,如在PDT中UCNPs与光敏剂之间能量转移效率较低、正常组织过热;在生物成像中,荧光强度较弱、光敏剂和激活剂有能量回流、成像模式单一等问题.科研人员针对上述问题研究出了很多解决的方法,如缩短UCNPs与目标物之间的距离、改变照射激光的强度、改变UCNPs的结构、将UCNPs作为新型多功能平台整合成像与治疗于一体等,使部分问题得到了很好的解决.本文重点综述了UCNPs应用在PDT和生物成像中所出现的问题及解决方法,并对UCNPs在生物医学领域的应用发展趋势进行展望.     

二次谐波成像技术及其在胶原蛋白研究中的应用

二次谐波成像技术具有空间分辨率高、生物样本无需进行荧光标记、对样本光损伤小且穿透力强等优点,被广泛应用于生物学成像领域。本文介绍了二次谐波成像技术的特性,并对二次谐波成像和双光子荧光成像进行了比较,着重介绍了二次谐波成像技术在胶原蛋白研究及医学研究中的广泛应用。最后展望了二次谐波成像技术在生物成像领域的发展和前景。     

双光子显微成像系统群延迟色散的测量和补偿

为了对双光子显微成像系统的群延迟色散进行校正,提高双光子激发效率的目的,采用自相关仪测量的方法在自行搭建的双光子系统光路的四个位置测量飞秒激光的脉冲展宽情况,测量样品位置5个波长下最优的群延迟色散补偿值,由此拟合得到自搭建双光子系统的全波段群延迟色散补偿曲线。实验结果表明在应用此群延迟色散补偿曲线后样品位置的脉冲宽度平均减小95 fs,在两个典型激发波长(750 nm和900 nm)生物样品的荧光强度分别提高了42.7%和76.8%。结论为双光子激发效率与飞秒激光的脉冲宽度成线性反比关系。     

基于神经网络原理的荧光寿命成像研究

荧光寿命成像技术(fhlorescence lifetime imaging,FLIM)是一种新颖且功能强大的、能用于复杂生物组织和细胞结构与功能分析的生物组织成像技术。传统的时域荧光寿命成像数据分析方法,由于没有考虑荧光分子团之间以及他们与周围环境的相互作用,可能导致复杂的连续分布荧光寿命这一实际情况,因此对生物组织中自发荧光发光强度衰减过程的实验数据拟合效果欠佳。文章提出利用人工神经网络(artificial neural network,ANN)原理拟合算法来计算生物荧光分子团衰减动力过程,该方法能有效地建立生物荧光分子团衰减动力过程的非线性模型,并且具有处理非线性模型能力强、鲁棒性好、拟合精度高和所需计算时间少等优点。通过计算证明,相对于单参量指数与多参量指数衰减函数,这种数据拟合方法对于某些荧光分子团的多槽基面效价测定样品(multi-well plate assays)的数据有更好的一致性和更小的计算量。同时在文章中讨论了将该拟合算法应用于荧光寿命成像的前景。     

二次谐波结合双光子荧光成像方法观察人源胶原蛋白透皮吸收情况

目的:用二次谐波成像结合双光子荧光成像的方法观察人源胶原蛋白透皮吸收的情况。方法:将荧光标记的人源胶原蛋白(1 mg/mL)涂抹于小鼠表皮层经皮肤吸收1 h后用背向二次谐波观察皮肤内胶原纤维作为真皮层定位标志,用双光子扫描共聚焦显微镜观察人源胶原蛋白透皮吸收深度,吸收方式。结果:二次谐波成像结合双光子荧光成像表明人源胶原蛋白透皮吸收1 h后可观察到荧光信号沿着毛囊聚集,并有部分荧光分子由毛囊扩散至真皮层。结论:二次谐波可以更快速,更灵敏地检测皮肤中的胶原纤维,以此作为检测物质透皮吸收深度的定位标志,具有不受荧光信号干扰的优点。人源胶原蛋白可以沿着毛囊进入真皮层,并从毛囊中扩散至胶原纤维层从而补充皮肤中的胶原纤维。     

用侧向光源进行前列腺光声扫描成像的研究（英文）

光声成像技术是近年来兴起的前列腺早期检测与成像的新技术。前列腺组织的结构特征需要一种无创的且光穿透深度足够大的光声激发方式。本文设计了一种可用于经由尿道对前列腺光辐照的侧向光源,并结合直肠处长焦区聚焦式超声换能器的光声探测展开了前列腺仿体的光声扫描成像。结果表明,侧向光源有利于单侧吸收体的定位和成像,具有较好的成像范围和深度,结合侧向光源的旋转可实现全方位成像。因此该侧向光源有望成为早期前列腺肿瘤光声成像技术中一种新型的光源结构,具有重要意义。     

窄等离子体吸收谱线宽度的纳米金锥用于光声成像

无损光声成像技术结合了纯光学成像高选择特性和纯超声成像中深穿透特性的优点,克服了光散射限制,实现了对活体深层组织的高分辨、高对比度成像。该成像技术对内源物质例如脱氧血红蛋白、含氧血红蛋白、黑色素、脂质等进行成像,提供了活体生物组织结构和功能信息,已经在生物医学领域表现出巨大的应用前景。然而,很多与病理过程相关的特征分子的光吸收能力较弱,在活体环境中难以被光声成像系统所识别,从而限制了光声成像技术的应用范围。基于功能纳米探针的光声成像-光声分子成像极大拓展光声成像的应用范围,可以在活体层面对病理过程进行分子水平的定性和定量研究,将为实现目标疾病的早期诊断提供强大的技术支持。本文发展在近红外具有窄吸收线宽(半高宽仅为60 nm)的纳米金锥作为新型的光声探针。通过选择不同径长比的纳米金锥,可以任意调节纳米金锥的吸收峰。通过调谐激光器的波长,可实现对不同吸收峰纳米金锥的选择性激发。纳米金锥将有可能用于多光谱光声成像,实现对不同靶标的目标分子探测。